DISTRIBUSI SUHU UNTUK ALIRAN TURBULEN DALAM JET
TEMPERATURE DISTRIBUTION FOR TURBULENT FLOW IN JETS
Dalam 5.6, kami memperoleh ekspresi untuk distribusi kecepatan dalam jet cairan melingkar yang mengalir ke dalam lautan cairan yang sama (lihat Gambar 5.6-1). Di sini kami ingin memperluas masalah ini dengan mempertimbangkan jet masuk dengan suhu T₀ lebih tinggi daripada suhu cairan di sekitarnya T₁. Masalahnya adalah menemukan distribusi suhu yang dihaluskan waktu T(r, z) dalam jet yang didorong secara terus-menerus. Kami mengharapkan bahwa distribusi ini akan menurun monoton dalam arah r dan z.
Kami mulai dengan mengasumsikan bahwa disipasi viskos tidak signifikan, dan kami mengabaikan kontribusi q’ʹ terhadap fluks panas serta kontribusi aksial terhadap q’ʹ. Maka, Eq. 13.1-8 mengambil bentuk rata-rata waktu:
Kemudian, kami mengekspresikan fluks panas turbulen dalam istilah konduktivitas termal turbulen yang diperkenalkan dalam Eq. 13.3-1:
Ketika Persamaan 13.5-1 ditulis dalam bentuk fungsi suhu tanpa dimensi,
itu menjadi
Di sini diasumsikan bahwa angka Prandtl turbulen dan viskositas kinematik turbulen adalah konstanta (lihat diskusi setelah Eq. 5.6-3). Persamaan ini akan diselesaikan dengan kondisi batas:
Selanjutnya, kami memperkenalkan ekspresi untuk komponen kecepatan yang dihaluskan waktu u dan v dalam istilah fungsi aliran seperti yang diberikan dalam Eq. 5.6-12 dan 13, serta ekspresi percobaan untuk fungsi suhu yang dihaluskan waktu tak berdimensi:
Di sini di mana w adalah laju aliran massa total dalam jet. Usulan dalam Eq. 13.5-8 didorong oleh ekspresi untuk v_z yang ditemukan dalam Eq. 5.6-21.
Ketika ekspresi untuk komponen kecepatan dan suhu tak berdimensi ini disubstitusikan ke dalam Eq. 13.5-1, beberapa istilah akan saling menghilangkan dan yang lainnya dapat digabungkan, sehingga dihasilkan persamaan yang cukup sederhana sebagai berikut:
Persamaan ini dapat diintegrasikan sekali untuk menghasilkan:
Konstanta integrasi dapat diset sama dengan nol, karena menurut Persamaan 5.6-20, F = 0 pada = 0. Integrasi kedua dari 0 hingga kemudian memberikan:
Akhirnya, perbandingan antara Eqs. 13.5-12 dan 13.5-8 dengan Eq. 5.6-21 menunjukkan bahwa bentuk dari profil suhu yang dihaluskan waktu dan profil kecepatan aksial memiliki hubungan yang erat,
persamaan yang dikaitkan dengan Reichardt. Teori ini memberikan penjelasan yang cukup memuaskan untuk bentuk profil suhu. Angka Prandtl turbulen (atau Schmidt) yang diturunkan dari pengukuran suhu (atau konsentrasi) dalam jet melingkar adalah sekitar 0.7.
Kuantitas C₃ yang muncul dalam Eq. 13.5-12 diberikan secara eksplisit dalam Eq. 5.6-23 sebagai C₃ = adalah laju aliran momentum dalam jet, didefinisikan dalam Eq. 5.6-2. Demikian pula, ekspresi untuk kuantitas f(0) dalam Eq. 13.5-12 dapat ditemukan dengan menyamakan energi dalam jet yang masuk dengan energi yang melintasi sembarang bidang di hilir:
Penyisipan ekspresi untuk profil kecepatan dan suhu dan melakukan integrasi kemudian memberikan:
Menggabungkan Eqs. 13.5-3, 13.5-8, 5.6-23, 13.5-12, dan 13.5-15 kemudian memberikan ekspresi lengkap untuk profil suhu T(r, z) dalam jet turbulen melingkar, dalam istilah total momentum jet, viskositas turbulen, angka Prandtl turbulen, dan densitas fluida.